磷铁环压脱机冲头座的强度分析

摘要：冲头座是磷铁环压脱机的关键受力件，其受力强度的大小直接影响磷铁环压脱机的使用效率，强度过低会导致出现裂纹或变形，降低使用寿命，对冲头座材料的选择和强度的分析是磷铁环压脱机设计的关键因素。

关键词：冲头  冲头座  磷铁环压脱机

0引言

磷铁环压脱机是碳素阳极组装生产线上的核心设备之一，其主要功能是利用冲头将残留在阳极钢爪上的磷铁环从钢爪上剥离下来，以便钢爪经过清刷、涂石墨烘干后再次与新阳极块进行浇铸，制成新阳极组，再由运输机送到电解车间使用。冲头安装在冲头座上，冲头座直接影响磷铁环压脱机的工作效率，所以本文将对冲头座强度进行重点分析。

1 已知参数和要求

主要设计参数为：

冲头、冲头座的材质为：材料42CrMo;弹性模量2.06×1011Pa;密度7850kg/m3

最大抗拉强度590-900Mpa，最大屈服强度390-650MPa[1]，

本计算例按照590Mpa，最大屈服强度390MPa，安全系数取1.5。

许用抗拉强度393Mpa，许用屈服强度260MPa。

磷铁环压脱机在使用过程中，在圆角R处出现断裂现象，原结构见图1，考虑到有可能收到侧向力，导致应力集中现象，超过了材料的许用屈服强度从而导致的断裂现象，现将结构改进如下，见图2，改进后的冲头安装在冲头座里，与冲头座形成一个整体，此时，就需要对冲头座进行强度分析。

2边界条件

基于AnsysWorkbench，采用实体solid187实体单元建立冲头座有限元网格模型。总节点数42553，单元数24931。因为冲头顶部为弧形结构，侧向的大小未知，考虑到原结构的受力方式对原结构的冲头施加侧向力进行假设，逐步加大侧向力的大小直至达到材料的屈服极限，得出施加的侧向。将此侧向力加到新结构冲头座的相应位置，得出最大的应力值的位置，将最大应力位置加圆角，并将圆角设置为输入参数，将最大应力值设置为输出参数，分别列表了不同圆角值的大小对其最大应力值的影响。

3 结果及分析

原结构的冲头应力值达到247.99 kN，施加在冲头上的力为17.5kN[2]。

將此侧向力施加到新结构的冲头座上，可得最大应力为142.69MPa，最大值位置如图4所示，此时该位置的圆角R1为6mm。

改变圆角值大小，将圆角作为输入参数，应力值作为输出参数，列表得：

4结论

通过以上实验计算得出结论，圆角越大，应力值越小。通过对冲头座进行强度分析，得到冲头座最危险工况和位置，与现场收集到的裂纹位置吻合;本文提供的是一种裂纹的计算方法和过程，在实际生产过程中，需要根据探伤出来的裂纹位置、大小和形状进行断裂力学的分析。

参考文献

[1]成大先.机械设计手册第三版[M].北京：化学工业出版社，2009.

[2]刘鸿文.材料力学第六版.北京：高等教育出版社，2017.

作者简介：张佳亮（1980-），男，辽宁省沈阳市，高级工程师，工学学士学位，主要从事制铝设备的设计研发工作。